ప్రొఫెసర్ డొమినిక్ ఈడర్ నేతృత్వంలోని టియు వీన్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మెటీరియల్స్ కెమిస్ట్రీలోని పరిశోధనా బృందం (ఫోటో) ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ వాటర్ స్ప్లిటింగ్ కోసం మన్నికైన, వాహక మరియు ఉత్ప్రేరకంగా క్రియాశీల హైబ్రిడ్ ఫ్రేమ్‌వర్క్ పదార్థాలను రూపొందించడానికి కొత్త సింథటిక్ విధానాన్ని అభివృద్ధి చేసింది.
పోరస్ మెటల్-ఆర్గానిక్ ఫ్రేమ్‌వర్క్ ఉత్ప్రేరకాలు
హైడ్రోజన్ వంటి స్థిరమైన శక్తి వాహకాల కోసం సాంకేతికతలను అభివృద్ధి చేయడం చాలా అవసరం. హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి మంచి మార్గం (H2) నీటిని H గా విభజించడం నుండి2 మరియు ఆక్సిజన్ (O2), ఎలక్ట్రోకెమికల్‌గా లేదా కాంతిని ఉపయోగించడం లేదా రెండూ – బృందం అనుసరించే మార్గం. అయితే, ఈ ప్రక్రియకు వినియోగించబడకుండా ప్రతిచర్యను వేగవంతం చేసే ఉత్ప్రేరకం అవసరం. ఉత్ప్రేరకం యొక్క ముఖ్య ప్రమాణాలు నీటి అణువుల శోషణ మరియు విభజన కోసం పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం మరియు దీర్ఘకాలిక ఉపయోగం కోసం మన్నిక.
జియోలిటిక్ ఇమిడాజోలేట్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌లు (ZIFలు), పరమాణు ఇంటర్‌ఫేస్‌లు మరియు అనేక రంధ్రాలతో కూడిన హైబ్రిడ్ ఆర్గానిక్/అకర్బన పదార్థాల తరగతి, రికార్డు ఉపరితల ప్రాంతాలను మరియు నీటి కోసం పుష్కలమైన శోషణ సైట్‌లను ఉత్ప్రేరకాలుగా అందిస్తాయి. అవి కోబాల్ట్ అయాన్‌ల వంటి ఒకే లోహ అయాన్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి నిర్దిష్ట కర్బన అణువుల ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి, వీటిని లిగాండ్‌లు అని పిలుస్తారు, వీటిని సమన్వయ బంధాలు అంటారు. సాంప్రదాయిక ZIFలు ఒకే రకమైన ఆర్గానిక్ లిగాండ్‌ను మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి. “దీర్ఘకాలిక అనువర్తనాన్ని నిర్ధారించడానికి ఈ ZIFలు తరచుగా ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ పరిస్థితులలో నీటిలో స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండవు. ఇంకా, వాటి తక్కువ ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ అప్లికేషన్‌లలో వాటి ప్రభావాన్ని కూడా పరిమితం చేస్తుంది, “డొమినిక్ ఎడెర్ చెప్పారు.
ఈ సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి, బృందం రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఆర్గానిక్ లిగాండ్‌లను ఉపయోగించి ZIFలను రూపొందించడానికి ఒక మార్గాన్ని అభివృద్ధి చేసింది. “అసలు ZIF నిర్మాణాన్ని సంరక్షిస్తూ, ఫ్రేమ్‌వర్క్ అంతటా ఏకరీతి పంపిణీని సృష్టించే విధంగా రెండు లిగాండ్‌లను కలపడానికి మేము జాగ్రత్తగా ఉండాలి” అని అధ్యయనం యొక్క ప్రధాన రచయిత జియో హువాంగ్ వివరించారు. అందువల్ల, బృందం లిగాండ్ కలయికలు మరియు ప్రాసెస్ పారామితుల శ్రేణిని సమగ్రంగా పరిశోధించింది మరియు చివరకు ఉత్తమంగా సరిపోయే లిగాండ్ జతను గుర్తించగలిగింది.
రెండు ఆర్గానిక్ లిగాండ్‌లను కలపడం ద్వారా సినర్జిస్టిక్ ప్రయోజనాలు
ఈ మార్పు ZIF స్థిరత్వాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరిచిందని రచయితలు కనుగొన్నారు, ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ నీటి విభజన సమయంలో దాని మన్నికను కొన్ని నిమిషాల నుండి కనీసం ఒక రోజు వరకు పొడిగించింది. సెంట్రల్ చైనా నార్మల్ యూనివర్శిటీ సహకారంతో కంప్యూటేషనల్ థియరీ మద్దతుతో విస్తృత శ్రేణి ప్రయోగాత్మక స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ మరియు మైక్రోస్కోపిక్ టెక్నిక్‌లను ఉపయోగించి లోతైన పరిశోధనల ద్వారా, రెండు లిగాండ్ల యొక్క ఖచ్చితమైన కలయిక కోబాల్ట్ మెటల్‌తో సమన్వయ బంధాన్ని సినర్జిస్టిక్‌గా బలపరిచిందని బృందం గమనించింది. ఫలితంగా, (ఫోటో) ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ పరీక్షల సమయంలో పోరస్ ఫ్రేమ్‌వర్క్ కూలిపోలేదు. “బదులుగా, ప్రతిచర్య యొక్క కొద్ది నిమిషాల తర్వాత, కోబాల్ట్ ఆక్సిహైడ్రాక్సైడ్‌తో తయారు చేయబడిన కొన్ని నానోమీటర్ల చాలా సన్నని చలనచిత్రం ZIF నానోపార్టికల్స్ యొక్క ఉపరితలంపై ఏర్పడిందని మేము గమనించాము, ఇది మరింత క్షీణత మరియు పతనాన్ని నిరోధించింది” అని హువాంగ్ జియో చెప్పారు. .
అదనంగా, రెండు లిగాండ్ల కలయిక ZIF పదార్థం యొక్క వాహకతను పది రెట్లు పెంచింది, తత్ఫలితంగా ఆక్సిజన్ ఎవల్యూషన్ రియాక్షన్ (OER) రేటును పది రెట్లు పెంచుతుంది. “రెండు లిగాండ్‌లు సినర్జిస్టిక్ మార్గంలో సంకర్షణ చెందుతాయని అనుకరణలు వెల్లడించాయి, ఇది మెటీరియల్ అంతటా మొబైల్ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల యొక్క అధిక సాంద్రతను సృష్టిస్తుంది,” అని డొమినిక్ ఎడెర్ వివరిస్తూ, “మేము ఈ కొత్త వ్యూహంతో కొన్ని మెరుగుదలలను ఆశించినప్పటికీ, అది ఎంతగానో ఆశ్చర్యపోయాము. ZIFల (ఫోటో) ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ పనితీరును మెరుగుపరిచింది.”
భవిష్యత్ అవకాశాలు మరియు విస్తృత అప్లికేషన్లు
ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ మరియు (ఫోటో)ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ అప్లికేషన్‌లలో స్థిరత్వం మరియు వాహకత లేని ఇతర ZIFలు అలాగే మెటల్-ఆర్గానిక్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ల (MOFలు) కోసం ఈ బహుముఖ విధానాన్ని బృందం ఇప్పుడు అన్వేషిస్తోంది. ఈ వినూత్న విధానం ఉత్ప్రేరకము, సెన్సింగ్ మరియు సోలార్ ఎనర్జీ కన్వర్షన్ టెక్నాలజీల కోసం అధునాతన మెటీరియల్‌లను రూపొందించడానికి ఉత్తేజకరమైన అవకాశాలను తెరుస్తుంది, ఇది మనల్ని వాస్తవ-ప్రపంచ అనువర్తనాలకు దగ్గరగా మారుస్తుంది.
అసలు ప్రచురణ
లిగాండ్ ఇంజనీరింగ్ ఇన్-సిటు ఉపరితల పునర్నిర్మాణం ద్వారా జియోలిటిక్ ఇమిడాజోలేట్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ల యొక్క ఎలెక్ట్రోక్యాటలిటిక్ యాక్టివిటీ మరియు స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది (ఫోటో). నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్. https://doi.org/10.1038/s41467’024 -53385-0
